轴承尺寸的选择

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  轴承尺寸的选择

 

轴 承 的 寿 命

 轴承在随负荷旋转时,由于套圈滚道面及滚动体滚动面不竭地受到交变负荷的作用,即使使用条件正常,也会

因材料疲惫使滚道面及滚动面呈现鱼鳞状损伤(称做剥离或剥落)。

呈现这种滚动疲惫操作之前的总旋转数称做轴承的“(疲惫)寿命”。

即使是布局、尺寸、材料、加工方法等完全不异的轴承,在同样条件下旋转时,轴承的(疲惫)寿命仍会呈现

较大的差异。

这是因为材料疲惫本身即具有离散性,应从统计的角度来考虑。

于是就将一批不异的轴承在同样条件下别离旋转时,其中90%的轴承不呈现滚动疲惫操作的总旋转数称做“轴

承的基本额定寿命”(即可靠性为90%的寿命)

在以固定的转速旋转时,也可用总旋转时间暗示。

但在实际工作时,还会呈现滚动疲惫操作以外的损伤现象(如磨损、烧伤、蠕变、磨蚀、压痕、断裂等)。

这些损伤可以通过做好轴承的选择、安装和润滑等加以避免。

 

轴承寿命的计算

基本额定动负荷

基本额定动负荷暗示轴承耐滚动疲惫的能力(即负荷能力),是指大小和标的目的必然的纯径向负荷(对于向心轴

承)或中心轴向负荷(对于推力轴承),在内圈旋转外圈固定(或内圈固定外圈旋转)的条件下,该负荷下的基本

额定寿命可达100万转,向心轴承与推力抽承的基本额定动负荷别离称做径向基本定动负荷 与轴向基本额定动负荷,

用Cr与Ca暗示,其数值载于轴承尺寸表。

基本额定寿命

式(1)暗示轴承的基本额定动负荷、当量动负荷及基本额定寿命之间的关系。

轴承以固定的转速旋转时,用时间暗示寿命更为便利,如式(2)所示。

别的,对于铁路车辆或2021欧洲杯手机投注网/2021体育在线等用行走距离(KM)暗示寿命较多,如式(3)所示。

总旋转数

L10=()P……...................(1)

时间

L10h= 106 / 60n(  )p……..........(2)

行走距离

L10s=兀DL10.......................(3)

这里:

L10:基本额定寿命,106转

L10h:基本额定寿命,h

L10s:基本额定寿命,km

                P:当量动负荷,N{Kgf}厖......参照后面

                C:基本额定动负荷,N{Kgf}

                n:转速,rpm

                p:寿命指数  球轴承..........p=3

                      滚子轴承.......p=10/3

                D:车轮或轮胎直径,mm

因此,作为轴承的使用条件,设当量动负荷为P,转速为n,则满足设计寿命所需要的轴承基本额定动

负荷C可由式(4)计算,从轴承尺寸表中选出满足C值的轴承,即可确定轴承的尺寸。

C=P(L10hX 106 / 60n )1/p.........................................................(4)

[参考]           用寿命系数(fh)和速度系数(fn)暗示的计算式如下:

L10h=500fhp......................................................................................................................(5)

寿命系数 : fh=fn ........................................................................................ ………….(6)

速度系数 : fn=( 106 / 500x60n )1/p=(0.03n)-1/p............................................................(7)

操作计算图表[参考图]可简易地求得fh、fn和L10h。

参考图 转速(n)与速度系数(fn)以及寿命系数(fh)与寿命(L10h)的关系

按照温度进行的基本额定动负荷的修正与轴承的尺寸不变处理

轴承在高温下使用时,村料组织会发生变化、硬度降低,基本额定动负荷将比常温下使用时减,材料组织

一旦发生变化,即使湿度恢复到常温也不会复原。

因此,在高温下使用时,必需将轴承尺寸表的基本额定动负荷值乘以表3的温度系数进行修正。

轴承长时间在120℃以上的工作温度下使用时,由于经一般热处理的轴承尺寸变化大,必需进行尺寸不变处理。

尺寸不变处理代号与使用温度范围如表4所示。

但经尺寸不变处理的轴承硬度降低,有时基本额定动负荷会减小。

表3 温度系数                                          表4 尺寸不变处理

轴承工作温度℃

125

150

175

200

250

温度系数

1

1

0.95

0.90

0.75

尺寸不变处理代号

使用温度范围

S0

S1

S2

超过Over 100℃--150℃

超过Over 150℃--200℃

超过Over 200℃--250℃

 

修正额定寿命

式10暗示的是可靠性为90%的基本额定寿命,按照用途的不同,有时也靠性高于90%的高可靠性寿命。

此外,采用不凡材料有时可以使轴承寿命延长,基本润滑等使用条件的不同也会影响轴承寿命。考虑了以上因

素对基本额定寿命进行修正后的寿命称为修正额定寿命,可由式8计算。

Lna= a1 a2 a3 L10…….........................................................(8)

这里,

Lna:修正额定寿命,106转

(考虑了轴承特性和使用条件等因素后可靠性为100-n%(即失效率为n%)的寿命)

L10:(可靠性为90%)

a1 :可靠性系数

a2 :轴承特性系数

a3 :使用条件系数

[备注]按照可靠性高于90%Lna选择轴承尺寸时,应特殊留意轴与外壳的强度。

l         可靠性系数a1

计算可靠性不低于90%(即失效率不大于10%)的修正额定寿命时,按表5选择系数a1。

l         轴承特性系数a2

按照轴承材料(钢种、质量)、制造工艺和设计的不同,与寿命有关的轴承特性有可能发生变化,这时用系数a2进行修正。

RTL采用高质量的真空脱气轴承钢作

表5 可靠性系数a1

可靠性

   Lna

a1

90

95

96

97

98

99

L10a

L5a

L4a

L3a

L2a

     L1a

1

0.62

0.53

0.44

0.33

0.21

为尺度材料,其试验成果注解具有相当的寿命延长效果。

这类轴承的基本额定动负荷载于轴承尺寸表,这时可取a2=1。

别的,采用专用于延长疲惫寿命的不凡材料时,可取a2>1。

l         使用条件系数a3

轴承在直接影响寿命的条件(尤其是润滑条件)下使用时,用系数a3进行修正。

润滑条件正常时,可取a3=1,润滑条件特殊良好时,可取a3>1。

但在以下条件下,取a3<1

l         运转时润滑剂运动粘度降低时

球轴承.........小于13mm2/s{13cSt}

滚子轴承.........小于20mm2/s{20cSt}

l    转速特殊低时

滚动体节圆直径与转速的乘积小于10000

l         润滑剂中混入杂质时

l         内圈与外圈的相对倾斜大时

1:轴承在高温下使用硬度降低时,必需对基本额定动负荷进行修正。

注2:即使采用不凡材料a2>1时,假如润滑条件不合适,也达不到a2Xa3>1。因此在这种a3<1

的场所,一般认为a2≤1。由于难以使a2与a3独立,因此也有主张用一个系数a23的。      

多轴承系统的寿命

在使用两个以上轴承的装置中,多数情下即使一个轴承失效,也会导致整个装置丧失功能。

将使用的全体轴承看成一个轴承系统时,该轴承系统的额定寿命可由下式计算。

                           1/Le=1/L1e +1/L2e +1/L3e + ................................................(9)

这里,

L:整个轴承系统的额定寿命

L1、L2、L3:各轴承的额定寿命

E:常数

e=10/9......球轴承

e=9/8......滚子轴承

(混合使用时取平均值)

[例]

考虑一根由两个滚子轴承支承的轴,设一个轴承的额定寿命为50000小时,另一个轴承的额定寿命为30000小时,

则由式9,该轴上整个轴承系统的额定寿命如下:

                               1/L9/8 =1/ 500009/8 +1/ 300009/8        L=20000h     

就是说,整个轴承系统的额定寿命比单个轴承中最短的额定寿命还短。

这个结论极为主要,在使用两个以上轴承的装置中,如需考虑整个轴承系统的寿命时,必需加以留意。

l       机械要求的轴承必需寿命

过份延长轴承寿命未必经济。最好是按照使用机械使用条件设定轴承的必需寿命。

表6为按照经验采用的轴承必需寿命,供参考。

表6  轴承必需寿命(参考)

使  用  条  件

使  用  机  械

必需寿命(时间)(h)

短时间或间断运转

家用电器,电动工具,农业机械,卷扬机

4000

-

8000

不常使用但要求可靠运转

家用空调器马达,建筑机械,皮带机,电梯

8000

-

12000

不持续但长时间运转

轧钢机辊颈,小型电动机,起重机

8000

-

12000

工厂通用电动机,一般齿轮装置

12000

-

20000

机床,振动筛,破碎机

20000

-

30000

压缩机,泵,主要齿轮装置

40000

-

60000

天天8小时以上经常运转或持续长时间运转

 

主动扶梯

12000

-

20000

离心分离机,空调设备,鼓风机,木工机械,铁路车辆车轴

20000

-

30000

大型电动机,矿山提升机,铁路车辆主电动机,机车车轴

40000

-

60000

造纸机械

100000

-

200000

24小时持续无故障运转

自来水设备,发电站设备,矿山排水设备

100000

-

200000

 

轴承负荷的计算

作用于轴承的负荷有轴承支承物的重力、齿轮或皮带等的传动力以及机械运转时产生的负荷等。

由于轴承负荷大多变化不固定、且变化的程度或大小难以确定,所以通过简单的计算确定负荷几乎不成能。

因此,计算轴承负荷一般采用理论计算值乘以经验系数的方法。

负荷系数

 作用于轴承的径向负荷或轴向负荷虽然可以按照一般的力学方法计算,但由于机械的振动或冲击等原因,作用

于轴承的实际负荷往往比计算值大,因此计算时一般将理论计算值乘以一个与机械振动或冲击有关的负荷系数,如

下式所示。

表7 负荷系数fw

使用条件

fw

几乎无振动或冲击

电动机、机床、仪表

1.0-1.2

一般运转(有轻****击)

铁路车辆、2021欧洲杯手机投注网/2021体育在线、造纸机械、鼓风机、压缩机、农业机械

1.2-2.0

有强烈振动或冲击

轧钢机、粉碎机、建筑机械、振动筛

2.0-3.0

 

                                      F=fw .Fc  ....................................................................(10)

                                 这里,F:实际负荷,N{kgf};Fc:理论负荷,N{kgf};Fw:负荷系数(表7)。

皮带或链传动时的负荷

皮带传动时作用于皮带轮轴的理论负荷可通过计算皮带有效传动力求得。

    但在计算实际负荷时,还必需将有效传动力乘以与机械振动或冲击有关的负荷系数(fw)以及与皮带张力有关的

皮带系数(fb)。

别的,链传动时也必需乘以与皮带系数相当的链系数,如式(11)所示。

                             Fb=2M/DP﹒fw﹒fb=19.1X106W/DPn﹒fw﹒fb........................(11)    

这里,

Fb:皮带轮轴或链轮轴的实际负荷N{kgf}

M:皮带轮或链轮的扭矩,mN.m{kgf.mm}

W:传递功率,KW

Dp:皮带轮或链轮节圆直径,mm

n:转速,rpm

fw:负荷系数(表7)

fn:皮带(链)系数(表8)

表8 皮带(链)系数 fb

皮带种类

fb

同步皮带(带齿皮带)

1.3-2.0

三角皮带

2.0-2.5

平皮带(带张紧轮)

2.5-3.0

平皮带

4.0-5.0

1.2-1.5

齿轮传动时的负荷

作用于齿轮的负荷与齿轮系数

齿轮传动时作用于齿轮的理论负荷有切向负荷(Kt),径向负荷(Kr)和轴向负荷(Ka),可按照传递功率和

齿轮种类,别离用力学方法计算(2)项           。

但在计算实际负荷时,还必需将理论负荷乘以与机械振动或冲击有关的负荷系数(    fw...表7)以及与齿轮精

度有关的齿轮系数(fg...表9)。

表9  齿轮系数fg

齿轮种类

fg

周详齿轮(齿距误差,齿形误差均小于0.02m

1.0-1.1

一般齿轮(齿距误差,齿形误差均小于0.1m

1.1-1.3


 

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